门式启闭机是用于水电站的启闭闸门的设备，如何在满足门架的强度、刚度、稳定性的条件下，优化门架结构有着非常重要的意义。本研究用ANSYS软件建立了 SHELL63 弹性壳单元模型，对门架结构的连接、约束、载荷进行设置和处理，计算出门架的应力和变形。
      门式启闭机门机设计总高约33.65 m，其中门架高19.45 m。门机跨度为16 m，大车基距为12 m。主小车自重1318 kN，主小车起升荷载4500 kN，副小车自重481 kN，副小车起升荷载1000 kN。主小车主要运行于跨内，副小车主要运行在门架悬臂端。主小车和副小车公用轨道，轨距5.6 m，小车轮距主小车为4.3 m，副小车为4.2 m。
      为考察不同工况条件下启闭机的受力和变形情况，采用三维结构有限元分析。以整个启闭机为分析对象，建立计算模型，并通过通用有限元软件进行计算分析。启闭机结构有限元计算采用线弹性有限元法，把启闭机离散为板单元三维弹性结构，所有的钢板构件采用板单元模拟。
      板单元选用四节点弹性板壳元。这种板单元是基于薄板理论建立的，模型建立过程中通过不同的实常数来考虑不同规格钢板的厚度和质量，并综合考虑了板的弯曲和剪切变形。 在建立有限元分析模型时，Z方向取为沿大车轨道方向，X方向取为垂直于大车轨道方向，Y方向按照右手法则取为启闭机的高度方向。本次分析计算模型划分的单元总数为 8861个。节点总数为7646个。
      1.2  约束处理
      启闭机下横梁与大车车轮连接座板的支铰处受到铅垂方向（Y 向）的位移约束，根据该门架结构前后对称及悬臂的受力特点，取约束使结构成为单侧的一次超静定结构，即上游侧门腿限制UX、UY、UZ，释放MX、MY、MZ，下游侧门腿铰支限制UY、UZ，释放UX、MX、MY、MZ。
      1.3  计算荷载
      计算荷载主要考虑作用在启闭机上的结构自重，起吊荷载及其动载效应以及风荷载四个部分。下面详述如下：
     （1）门架自重按照板的面密度由程序自动计算生成，钢板密度取7.8×e-6 g/mm3。
     （2）小车自重按照重力考虑，连同起吊荷载一起作为集中力分四处加在小车的轨道对应主梁的腹板上，其中主小车自重 1318 kN，主小车起升荷载 4500 kN，副小车自重 481 kN，副小车起升荷载 1000 kN。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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